關于小學信息技術編程教學中計算思維培養的探討

【摘要】信息化技術的高速發展不僅為我國創造了新的信息社會環境，也要求人們需要具備一定的信息化思維，這樣才能夠更好地認識世界。小學信息技術編程教學不僅需要培養學生的編程能力，還要提高學生的計算思維能力。基于此，文章首先介紹了計算思維以及Scratch軟件的概念和意義，隨后針對具體教學情況提出相關教學設計原則，最后根據各項實踐流程開展教學活動，并對現有教學活動存在的不足加以討論。

【關鍵詞】小學信息技術；編程教學；計算思維；探討

作者簡介：時小明（1982—），男，江蘇省常州市武進區湖塘橋實驗小學。

新課改提出小學需要培養學生的計算思維作為全面提升學生核心素養的關鍵點。在信息化高度發展的時代，無論是學習、生活等都離不開計算機技術。可以說，未來發展需要人們具備一定的計算機技能及計算思維。本文基于Scratch軟件分析如何能夠在信息技術編程教學活動中提高學生的計算思維能力。

一、計算思維概述

計算思維由美國計算機科學家周以真在2006年提出。計算思維的本質是利用計算機的思維方式解決問題并理解人類行為，計算思維的特點是抽象化與自動化。從實際教學角度來看，教師需要通過針對性的教學方式將小學生培養成具有較強讀寫及計算能力的人。計算能力在人們日常生活中應用的領域較多，也是人們思維認知發展必不可少的能力［1］。

計算思維可以從六個角度分析其特征。第一，計算思維的重點并不是要求學生學會某種編程語言，或者提高編程能力，而是要求學生在有一定編程基礎的情況下嘗試利用計算機的思維方式解決問題。第二，計算思維并不是學生認知發展的全部，只是學生提升自身綜合能力的一部分。第三，計算思維學習過程中應避免學生過于強調像計算機運作方式一樣去思考某些問題。第四，計算思維是基于計算機特定的某些程序或者軟件功能概括而來。第五，計算思維的學習不僅需要學生具備一定的計算機基礎或編程能力，更需要學生具備一定的數學思維，這樣才能將數學思維與工程思維進行融合，從而更好地理解計算機。第六，學生不僅需要在課程中培養自己的計算思維，更要將計算思維運用到實際生活中。計算思維不僅是解決問題的基本工具，在未來更是促進時代發展的重要推動力［2］。

二、Scratch軟件在小學信息技術編程教學中的意義

隨著計算機的不斷發展，計算思維成為人們理解問題的重要工具。近些年來，我國小學信息技術編程教學逐步將培養學生計算思維作為教學重點目標，如何通過實踐的方式檢驗學生計算思維能力的培養是教學評價的重要思考。Scratch軟件是一個簡單易上手并且適合8歲以上兒童學習的編程軟件，其不僅為學生提供可視化的編程環境，還將復雜生澀的程序代碼轉化為一個又一個方塊，便于學生進行拼接。對于大多數小學生而言，這款軟件具有顏色分明的可視化模塊，只要他們具備一定的語言理解能力和思考能力就可以根據教師的需求組合出代碼塊。同時，這款軟件也將代碼塊與動畫、故事，甚至是游戲結合在一起。學生可以根據自己天馬行空的想象，利用拼接組合或重構代碼塊的方式創造出屬于自己的成果。在此學習過程中，學生能夠有效鍛煉自身解決問題的能力，還能夠改善思維認知，以此在腦海中建立基礎的計算思維模型［3］。

三、Scratch軟件教學情況研究

學生的計算思維能夠反映學生是否真正理解計算機科學的基本思想。但從實際教學情況來看，有些教師過于注重培養學生的信息技術操作能力，忽略了學生計算思維的培養，使得學生在學習過程中缺乏應有的思考［4］。因此，小學信息技術編程教學不僅需要為學生提供有關信息技術的教學知識，還需要培養學生獨立分析問題、解決問題的能力，也就是培養學生的計算思維［5］。

四、基于scratch編程的小學生計算思維培養課堂教學設計原則

教師在設計教學環節的過程中需要基于教學目標，以及構建主義理論體系等相關概念進行設計。教學活動中應充分體現自主探究及合作探究的特征，這樣才能夠為培養學生計算思維創造一定的條件。因此，教師在小學信息技術編程教學活動設計環節需要遵循以下幾個原則。

（一）引導學生創設學習情景

為了更好地促進學生探究教學問題，教師需要注重學習環境的創設。在實際教學過程中，教師需要結合教學內容及教學方向，要求學生主動創設學習情景，通過這種方式幫助學生在腦海中構建知識體系模型，以此促使學生在后續學習期間利用scratch編程軟件提高自身計算能力，形成計算思維。以“勇者迷宮”這一游戲活動為例，教師需要結合該游戲需求，要求學生根據自身認知親自創設游戲規則。學生需要畫出迷宮中形形色色的通道，以及主角和各種道具的初始位置。在此期間，教師需要著重觀察每一名學生在設計迷宮及游戲規則時的學習動機，了解學生是否能夠準確掌握本次活動開展的重難點。

（二）以學生為中心

教師應基于學生實際學習能力開展教學活動。由于小學生之間存在較大的個體差異性，倘若教師不能以學生為中心開展教學，那么很可能會出現教學活動與學生知識接收能力不匹配的情況［6］。例如部分學生在設計勇闖迷宮游戲期間往往會遇到難以控制主角前后左右移動的問題，少數學生還會遇到主角碰到迷宮墻壁難以退回的問題。教師需要針對學生群體遇到的各種學習問題，進行有針對性的分析，也可引導學生結合某一答案通過舉一反三的方式解決其他問題。如教師可為學生講解主角如何向前行走，并要求學生結合問題解決思路設計主角向左、向后和向下移動的控制策略。以學生為中心開展教學，教師再通過積極引導和監督的方式，能夠有效調動學生在教學活動中的積極性［7］。

（三）自主研究與合作探究相結合

教師需要基于構建主義學習理論，以自主研究與合作探究相結合的方式開展教學。從實際教學角度來看，教師需要充分調動學生的學習熱情，以便讓學生開展自主研究。例如，教師可為學生創設一個學習背景，引導學生探究某一教學問題，隨后再將這一問題與重點教學目標聯系起來，并讓學生以小組為單位開展合作探討并進行實踐。教師需要時刻觀察學生的學習變化，以此來分析該教學活動是否能夠幫助學生養成良好的思維習慣以及解決問題的能力。以游戲“碰撞”為例，教師在教學活動開展期間，需要引導學生仔細探究“當主角與墻壁或其他物體碰撞時，應該采取哪種措施控制主角的移動？”此時教師需要將學生劃分成多個學習小組，要求每個學習小組通過構建流程圖的方式解決此問題。每個學習小組中，一部分學生負責流程圖框架的設計，一部分學生負責設計內容，剩余學生將流程圖內容應用到游戲中，檢查此流程、操作是否正確。最終學生會得出正確答案：每輸入一次行走指令后，主角的Y坐標值都需要增加一位。隨后需要判斷主角是否碰到迷宮墻壁，倘若碰到，則需要確保Y的坐標值-1；倘若沒有，Y的坐標值需要+1。

（四）多維度評價

多維度評價能夠有效保障教師可以根據以往教學實踐情況，更好地設計出符合學生認知發展規律、提高學生思維能力的教學內容。教師不僅要對學生整體學習能力變化進行評估，還需要通過多元化的方式對學生在各個教學環節設計中的表現進行評估。評估結果應與教學課程開展過程相結合，這樣才能夠為學生提供更高質量的教育內容［8］。例如教師需要著重觀察學生利用流程圖設計Scratch模塊期間，能否采用正確的學習思路編寫游戲代碼，能否從時間復雜度以及游戲功能等層面重新審視程序代碼，并通過調試的方式優化程序；能否在與其他同學溝通交流的過程中解決運動方向、角度調整以及運動速率等問題。通過對上述情況的觀察，教師可最終評判每一名學生的問題解決能力、發散思維能力及團隊合作能力。

五、基于scratch編程的小學生計算思維培養實踐流程

（一）教學計劃

以“火柴人跳舞”游戲為例，本次課的主要教學任務是引導學生通過造型變換的方式實現角色的動畫效果。該過程是制作動畫與游戲的基礎，也是學習Scratch的重要課程。相比于靜態圖畫軟件，學生需要探究如何采取多元化措施將角色“動”起來，以及為了配合角色動畫，如何對舞臺背景、顏色變換進行設計的相關內容。

（二）教學實施

教學實施主要分為三個小節，首先是導入環節，其次是教學過程，最后是課堂小結。

教學導入：為幫助學生理解火柴人跳舞的動畫，教師首先需要利用互聯網平臺為學生播放一段現代街舞的表演視頻，隨后向學生提問該街舞視頻中的特點，如表演者肢體動作變化、音樂和畫面背景等內容。教師可以將學生劃分成多個學習小組，并要求每個學習小組中的組員分別從動作、音樂及舞臺效果等多個維度出發分析街舞的特點，思考探究在創作火柴人街舞表演期間可能會遇到的各種問題。由此引入本次課的任務，讓學生利用Scratch軟件親自設計街舞表演。

教學過程：在此期間，教師需要幫助學生明確學習思路以及學習重點。火柴人跳舞的動畫需要至少有一個火柴人在不停地展示跳舞動作，同時也需要在不同時刻表演出不同的舞蹈造型。學生要確保能夠利用自己的鼠標與鍵盤，控制火柴人跳舞。為了進一步渲染舞臺氛圍，學生還需要設立一個舞臺背景，并在舞臺中設計一定的燈光特效。燈光特效應與火柴人舞步同步變換。在角色造型設計期間，教師需要重點關注每個學生的學習過程，如學生能否創建一個Scratch模塊，并將其命名為角色一火柴人，或者學生在繪制角色的過程中，能否以角色一作為目標，通過復制粘貼修改的方式繪制出造型1、2、3等；在控制程序腳本編寫期間，教師需要著重關注學生能否根據角色一代碼區搭建腳本；在外觀模型中能否依次選擇下一造型模塊分別進行調試；在控制模塊中能否利用重復執行模塊將下一造型模塊進行包裹等。教師需要不定期對學生群體進行巡視指導，并找到成果完成度較高的學生，將其作品展示給其他同學。此外，教師還需要觀察學生在舞臺燈光特效設計，以及同步控制程序腳本設計中的學習狀況，如學生在舞臺燈光特效設計期間，能否自主設計舞臺背景并選擇控制模塊編寫舞臺的腳本程序，能否將控制模塊設置成鍵盤的上下左右控制鍵并寫入顏色特效增加相關代碼，能否將腳本中的火柴人動作與舞臺特效進行同步等。

課堂小結：為觀察學生計算思維能力的形成，教學期間教師可要求學生填寫“學會了”評價表，在該評價表中學生需要詳細闡述各種腳本場景的設計策略。例如學生需要在評價表中書寫“將重復執行模塊、特效增加25模塊以及等待0.5秒模塊融入‘被點擊’模塊中，以此確保使用者點擊命令時便能夠增加舞臺特效”。教師通過上述方式能夠觀察學生在實踐期間的各模塊設計思路，促進學生計算思維能力的發展。

（三）教學活動存在的不足以及未來發展方向

編程教學方式僅僅是通過程序開發的途徑來培養學生的計算思維。但計算思維是一種包含眾多內容的全面思維能力，其不僅僅需要學生對于各項教學環節都能夠做到符合相關標準，還需要學生基于各種教學內容做出科學性的分析。這一過程需要大量的學習時間，并且也跟學生自身綜合能力有關［9］。但從實際情況來看，計算思維的教學過程往往會受到學生自身學習能力的限制，或者因學校教學實力或教學環境不足而無法得到充分落實。因此，在有限的課堂教學時間內深入發掘學生的計算思維能力，并將計算思維用于日常教學以及實際生活中的有效策略還有待進一步研究與考查。

結語

綜上所述，在小學信息技術編程教學中，要想培養學生的計算思維，教師需要結合學生自身學習情況以及學校教學基礎設施展開分析，再以個人探究與合作探討相結合的教學方式開展教學活動，最后再通過多元化的調查方式觀察學生的學習情況，得出較為全面的學習情況評價。

【參考文獻】

［1］賴楊志.基于計算思維能力培養的小學信息技術教學探索：以圖形化編程教學為例［J］.教育信息技術，2021（05）：78-80，27.

［2］江林璇.試析小學信息技術編程教學中計算思維的培養［J］.百科論壇電子雜志，2021（18）：45.

［3］沈陵江.小學信息技術編程教學中計算思維的培養［J］.互動軟件，2021（04）：2696.

［4］羅川蘭，張川，鄧江華.小學生計算思維培養：以“吃火鍋”編程教學為例［J］.中小學信息技術教育，2021（04）：61-63.

［5］楊煌華.小學信息技術編程教學中計算思維的培養［J］.新教育時代電子雜志（學生版），2020（35）：131.

［6］陳晨.基于計算思維培養的小學Scratch編程教學探討［J］.基礎教育論壇，2021（20）：71-72.

［7］張金橋.如何在小學信息技術scratch編程中培養學生的計算思維［J］.科普童話·新課堂（上），2021（06）：71.

［8］李素卿.編程熱潮，計算思維情歸何處？：聚焦計算思維在小學編程教學中的落實問題［J］.中國信息技術教育，2021（14）：45-47.

［9］李少芳.基于Scratch編程教學的小學生計算思維培養實踐研究［J］.考試周刊，2021（12）：3-4.